内源一氧化氮介导硒抑制小白菜根长生长研究
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引言
引言
硒是人体和植物必需的微量元素之一。研究发现适量的硒对人体有调节免疫、保护心脑血管系统、抗癌、抗衰老等营养作用[1]。但我国大部分地区硒含量较少,因而我国人口在不同程度上硒摄入量不足,缺硒可能导致克山病、心脏病、甲状腺机能减退,以及免疫能力减弱等症状[2]。因此补硒是保证我们人体健康的重要任务。近年研究实践证明吸收有机硒比吸收无机硒毒性小,较安全,通过动植物将无机硒转化成有机硒具有较大的安全范围,毒副作用小,意义重大。研究发现低浓度的硒可促进高等植物的生长发育,但硒浓度过高会使植物中毒,导致植物生长受到限制,产量下降[3,4]。目前为止研究硒对植物胁迫的具体机制还相当有限,国内外对硒的研究涉及了植物生长,发育,代谢,拮抗重金属毒性以及植物吸收硒的方式,运输方式等多个方面。研究
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发现,低浓度的硒可促进种子萌发[5],用适宜的硒浓度处理大豆,随着硒浓度的增加其根系活力也会增加[6],适宜浓度的硒也可提高番茄的果实品质[7]。还有研究发现,对被重金属污染的土壤施硒,不仅使植物吸收硒元素,促进作物的生长代谢、提高作物的产量和品质、增强植物的抗氧化性和抗逆性,而且还能缓解重金属对植物的毒害作用[8]。但是过量的硒会影响植物的正常生长,甚至导致死亡。研究表明过量的硒不仅不能缓解非生物胁迫对植物生长的伤害,甚至促进非生物胁迫对植物的损伤。过量施硒不但不能缓解盐胁迫对生菜产量的降低,反而使产量更下降[9]。适量的硒有与重金属拮抗作用,但过量的硒却与重金属毒害有协调作用。硒毒害与生物胁迫的关系方面的研究较少,其相关性目前不太明确。
以上研究结果表明目前植物中的硒胁迫主要集中于对植物生长、基本生理生化指标的研究,但是对硒胁迫的生理机制的研究较少。
NO是普遍存在于自然界的生物活性分子,可减少非生物胁迫下植物体内活性氧ROS的积累,缓解各种胁迫造成的氧化损伤,从而增强植物的适应能力[10]。目前许多研究表明NO对缓解植物重金属中毒有明显作用。王芳等[11]发现,添加外源NO可以缓解铅胁迫对玉米幼苗的伤害。NO可与H2O2和SA相互调节,通过抑制或激活各自信号途径导致基因表达和蛋白水平的改变,参与植物的抗病防御反应[12]。NO可以通过改变活性氧代谢, 降低叶绿素降解等途径来减轻病虫害对植物的伤害[13]。由此可以看出NO在植物对生物或非生物胁迫中都起着重要的做用。NO是否参与植物硒胁迫还需进一步深入研究。
因此本实验试图研究NO在硒毒害植物过程中的作用,为硒胁迫的研究提供新的思路,最终发现高浓度硒对植物毒害作用机理。为现实生产过程中解决植物富硒障碍提供有力的科学依据。
1 材料与方法
试验材料
供试材料:不结球白菜‘五月慢’,购自南京绿领种业有限公司。
供试试剂:亚硒酸钠[sodium selenite,Na2SeO3,Se(IV)],NO专一清除剂:cPTIO[2(4carboxy2phenyl)4,4,5,5 tetramethylinidazoline1oxyl3oxide],NO抑制剂: 钨酸钠(sodium Tungstate,Tungstate,Na2WO4),LNMMA(NG甲基L精氨酸),外源NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)[1415],NO特异性荧光染料DAFFM DA(3Amino,4aminomethyl2’,7’difluorescein,diacetate),Hoagland营养液所需药品均为购自中国国药集团化学试剂有限公司的分析纯,HepesNaOH(pH 7.5) ,蒸馏水。
1.2 实验设计
Na2SeO3处理:利用事先配好的营养液水体培养小白菜幼苗,待幼苗根长长出1 cm时设置对照组(1/2 Hoagland营养液)和分别用5个不同浓度的Na2SeO3(0.03,0.06,0.12,0.23,0.46mM)实验组处理不同时间(0, 6,12,24,48,72 h)。
NO专一清除剂和NO抑制剂处理:在硒抑制中浓度(0.06 mM)的基础上分别添加NO专一清除剂(cPTIO,0.1 mM),NO抑制剂Tungstate(Na2WO4, 30 μM)和LNMMA(NGMonomethylLarginine,200 μM)处理72 h。
外源NO供体硝普钠处理:利用事先配好的营养液水体培养小白菜幼苗,待幼苗根长长出1 cm的对照组和已用0.06 mM实验组中各添加外源NO供体硝普钠(SNP,0.25 mM)处理72 h。
1.3 指标测定
根长测量:将不同处理的根系用蒸馏水漂洗3次后用直尺测量其长度。
荧光检测内源NO含量参考郭凯等[16]的方法,并加以改进。将不通处理的根系浸泡于含有15 μM 的NO特异性荧光染料DAFFM DA(3Amino,4aminomethyl2’,7’difluorescein,diacetate)的20 mM HepesNaOH(pH 7.5)缓冲溶液中。在暗处放置15 min后用后用蒸馏水漂洗3次之后用荧光显微镜(激发光波长 488 nm,发射光 525 nm)观察荧光强度并进行拍照。整个操作过程在避光环境下进行,温度控制在25℃。
1.4 统计分析
每个结果采用3次重复的平均值±标准差表示,采用SPSS 2.0对试验数据进行单因素方差分析(ANOVA),F检验检测不同处理之间在P<0.05水平的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 Na2SeO3处理对小白菜根长生长的影响
Na2SeO3对小白菜根部生长的抑制作用呈剂量相关关系。幼苗根部在0,0.03,0.06,0.12,0.23和0.46 mmol/L的Na2SeO3溶液中处理72 h。随着Na2SeO3浓度增加,幼苗根长逐渐变短,0.06 mmol/L Na2SeO3处理组根长与对照组相比,降低了大约50%,0.46 mmol/L时幼苗根部几乎停止生长(图1 A)。后续试验采用半抑制浓度0.06 mmol/L进行研究。在时间梯度试验中,用0.06 mmol/L的Na2SeO3分别处理12,24,36,48,60和72 h后测定根长,结果显示处理组根长从24 h开始受到显著抑制,且差异随时间逐渐变大(图1 B)。
图1 Na2SeO3处理对不结球白菜根长的影响
A:不同浓度Na2SeO3 72 h后对不结球白菜根长的影响;B:0.06 mM Na2SeO3处理1272 h后的根长
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